設定可能回路技術がSiPhアプリケーションを拡大する構え

July, 3, 2020, Washington--サウサンプトン大学(University of Southampton)の研究チームは、パワー効率がよく、プログラム可能な集積スイッチングユニットをシリコンフォトニクスチップ上に構築する新しい方法を開発した。その新技術は、一般的な光回路をバルクで製造し、後で特殊なアプリケーション、例えば通信システム、LiDAR回路、コンピューティングアプリケーションにプログラムすることで製造コストを下げると考えられている。

「シリコンフォトニクスは、光デバイスや先端マイクロエレクトロニクス回路をすべて単一チップ上に集積することができる。われわれは、設定可能なシリコンフォトニクス回路がシリコンフォトニクスのアプリケーション範囲を大きく広げ、同時にコストを下げ、この技術をコンシューマアプリケーションに一層有用にすると見ている」と、サウサンプトン大学、研究チームメンバー、Xia Chenは話している。

Optics ExpressでGraham Reedをリーダーとする研究チームは、スイッチングユニットで新しいアプローチを実証している。より大きなチップベース、プラログラマブルフォトニック回路を造るためのビルディングブロックとして使用できるものである。

「われわれが開発した技術には、広範なアプリケーションがある。例えば、生物化学およびメディカル物質、薬物を検出する集積センシングデバイスを造れる。またHPCやデータセンタで使用される接続用光トランシーバ」(Chen)。

消去可能コンポーネント
　その新しい研究は、ゲルマニウムイオンをシリコンにインプラントすることでグレーティングカプラとして知られる光コンポーネントの消去可能バージョンを開発した初期の研究に立脚している。これらのイオンは、そのエリアのシリコン屈折率を変える損傷を誘発する。レーザアニーリングプロセスを使って局所エリア過熱を用いて、屈折率を逆転し、グレーティングカプラを消去することができる。

Optics expressの論文では、研究チームは、消去可能な導波路や方向性結合器を造るために同じゲルマニウムイオンの適用の仕方を説明している。これらは、再構成可能回路やスイッチを造るために使用できるコンポーネントである。これは、サブミクロン消去可能導波路がシリコンに作製された初めての例である。

「われれは、通常イオンインプランテーションを、PICに大きな光損失を誘発する何かと考えている。しかし、注意深い構造設計し、適切なイオンインプランテーションレシピを使うことで、適切な光損失で光信号を運ぶ導波路を造れることを確認した」(Chen)。

プログラマブル回路の構築
　研究チームは、導波路、方向性結合器、1×4および2×2スイッチング回路を設計し、サウサンプトン大学のCornerstone製造ファウンドリを使って製造することで、その新しいアプローチを実証した。様々なチップでできたフォトニックデバイスをレーザアニーリングの前と後の両方でテストして、一貫した性能であることを確認した。

　その技術は、ワンタイムオペレーションにより、フォトニック導波路のルーティングを物理的に変えることに関わるので、プログラムされてその設定を維持するために追加のパワーは必要ない。研究者は、局所集積ヒーターを使い、電気アニーリングもレーザアニーリングとともに回路のプログラムに利用できることを発見した。

　研究チームは、ficonTEC社と協働してラボ外で実用的にしようとしている。これには、従来のウエファプローバ(ウエファテスト装置)を使うことで、ウエファスケールでレーザおよび/または電気アニーリングプロセスを適用し、数100、数1000のチップが自動的にプログラムされるようにする。現在、そのようなウエファスケールプローバ(ほとんどの電子・光ファウンドリにある装置)にレーザと電気アニーリングプロセスを組み込むことに取り組んでいる。また、サウサンプトン大学でテストが行われている。